DE1408935B2 - Kohlenstoffhaltige umhuellung fuer hohen temperaturen ausgesetzte tragteile - Google Patents
Kohlenstoffhaltige umhuellung fuer hohen temperaturen ausgesetzte tragteileInfo
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Description
30
Die Erfindung betrifft eine kohlenstoffhaltige Umhüllung für Tragteile, vorzugsweise Walzen, zum
Tragen und Fördern eines Werkstückes in einer im Betrieb Gase mit freiem Sauerstoff enthaltenden Umgebung
von hoher Temperatur, die durch Brennen eines ein bituminöses Bindemittel enthaltenden Gemisches
erzielt wird.
Derartige Tragteile werden bei kontinuierlich arbettenden Heißbehandlungsturmöfen verwendet, in
denen bandförmige Metalle bei Temperaturen bis zu ungefähr 1100° C behandelt werden.
So hat man zum Tragen und Fördern von Siliziumstahl in einem Ofen Walzenumhüllungen verwendet,
die im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich diese Umhüllungen
sehr schnell verbrauchen, da der Kohlenstoff der Umhüllung mit dem „Sauerstoff der heißen Umgebungsatmosphäre
Gase bildet, die aus dem Ofen abgeführt werden. Dieser Kohlenstoffschwund aus der
festen Phase führt zu einem übermäßigen Verschleiß und einer frühzeitigen Zerstörung der Walzenoberfläche,
so daß die Lebensdauer derartiger Umhüllungen sehr beschränkt "und die Erhaltungs- und In-Standsetzungskosten
sehr hoch sind (deutsche Patentschrift 934 834).
Eine andere bekannte Trag- bzw. Förderwalze hat eine Umhüllung aus Siliziumcarbid, was ein sehr
schwierig zu behandelndes und schwer schmelzbares Material ist. Ein derartiges Material hat den Nachteil,
daß seine Oberfläche sehr rauh und hart ist und dadurch am zu fördernden Werkstück einen starken
Abrieb hervorruft. Außerdem ist der Reibungswiderstand zwischen Werkstück und Förder- bzw. Tragteil
im Gegensatz zu reinem Kohlenstoff, der gleitfördernd und schmierend wirkt, sehr hoch (deutsche Patentschrift
966177). Durch diesen starken Abrieb bilden sich auf den Tragteilen starke Ansammlungen
des geförderten Blech- oder Bandmaterials, wodurch sowohl die Behandlung von eisenhaltigen Blechen,
beispielsweise aus Siliziumstahl oder rostfreiem Stahl, als auch von Nichteisenmetallen, wie Messing, Kupfer
oder Monelmetall, große Schwierigkeiten ergibt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine kohlenstoffhaltige Umhüllung für
hohen Temperaturen ausgesetzte Tragteile zu schaffen, die über sehr lange Zeiträume formbeständig
sind und ihre gleitfördernden und schmierenden Oberflächeneigenschaften in einer Gase mit freiem
Sauerstoff enthaltenden Umgebung von hoher Temperatur beibehalten, so daß ein Abrieb am geförderten
Werkstück und eine Ablagerung dieses Abriebs auf der Förderfläche vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das die kohlenstoffhaltige Umhüllung bildende
Gemisch zu 5 bis 80 Gewichtsprozent aus einem oder mehreren der Metalle Silizium, Titan,
Zirkon, Chrom und Aluminium, zu 20 bis 95 Gewichtsprozent aus Kohlenstoff, wobei in diesem Pro- /-zentsatz
das bituminöse Bindemittel enthalten ist, und gegebenenfalls zu 5 bis 40 Gewichtsprozent aus
Boroxyd besteht.
Diese erfindungsgemäße Umhüllung hat den Vorteil, daß durch den Metallzusatz eine Abnutzung der
Walzenoberfläche im wesentlichen ausgeschaltet ist, weil durch das Zusammenwirken des Metalls mit
dem Sauerstoff in der heißen Umgebungsatmosphäre ein feuerfestes Oxyd, vermischt mit Kohlenstoff, gebildet
wird, ohne daß dabei die schmierend wirkende Kohlenstoffoberfläche beschädigt oder abgenutzt
wird. Der Zusatz von reinen oxydierbaren Metallen schützt also das in der Oberfläche liegende Material,
beispielsweise Graphit, so daß die gleiche Wirkung wie bei einer aus Kohlenstoff bestehenden Walze erzielt
werden kann, ohne daß die bei den herkömmlichen Walzen bekannten Oxydationsverluste auftreten,
und Oberflächenbeschädigungen des Werkstükkes, wie sie beispielsweise durch Siliziumcarbid erfolgen,
vermieden werden. Die erfindungsgemäße Umhüllung kann deshalb nicht nur bei Tragteilen für
eisenhaltige Metalle, wie Bänder aus Siliziumstahl I _[■
oder rostfreiem Stahl, verwendet werden, sondern auch für nichteisenhaltige Zusammensetzungen. Die
hohe Formstabilität und die lange Lebensdauer der erfindungsgemäß umhüllten Tragteile führt außerdem
zu einer hohen Kosteneinsparung.
Der für die erfindungsgemäße Umhüllung verwendete Kohlenstoff kann beispielsweise aus Erdölkoks
gewonnen werden, und die Kohlenstoffpartikeln können in amorpher Phase oder im graphitis_chen Zustand
dem Gemisch zugegeben werden.
Die verwendeten Metalle Silizium, Titan, Zirkon, Chrom und Aluminium können einzeln, vermischt
oder legiert zugesetzt werden. Die Metalle sind stabil, fest und bilden überwiegend saure Oxyde bei den
Wärmebehandlungstemperaturen, wie sie in den öfen auftreten. Ihre Affinität für Sauerstoff ist größer
als für Kohlenstoff.
Da das Bindemittel bituminös ist — es besteht beispielsweise
aus Pech und/oder Teer —, kann es als Teil des Kohlenstoffbestandteiles betrachtet werden,
d.h. der Kohlenstoffanteil kann in Form von Koks oder einem anderen Kohlenstoff und in Form von
Pech- oder Teerbindemittel vorliegen. Diese Beziehung ist deshalb zweckmäßig, da nach dem Brennen
. . ■ 3 4
das verwendete Bindemittelmaterial in Form von zusammengesetzt ist: 7,5 % H2, 6,2 % CO, 82%
Kohlenstoff vorliegt. CO2, Rest N2. Der Taupunkt liegt bei etwa 15,5° C.
Wenn das Gemisch Boroxyd zugegeben wird, er- Die LinieC in Fig. 1 zeigt, daß bei zunehmendem
höht sich die mechanische Festigkeit der Umhüllung, Anteil an zugesetztem Chrom in die Mischung, wobei
und die Reaktionsfähigkeit des Kohlenstoffs in der S als Rest Graphit mit 20 Gewichtsprozent Pechbinder
Umhüllungsoberfläche mit dem Sauerstoff wird, unab- vorliegen, der Gewichtsschwund geringer wird. Der
hängig ob im Ofen freier Sauerstoff oder sauerstoff- Versuch wird 18 Stunden lang bei 980° C in einer
haltige Gase vorhanden sind, zusätzlich stark redu- aus 90 °/o Stickstoff und 10 % Wasserstoff bestehenziert.
Die aus diesem Gemisch, beispielsweise durch den Atmosphäre durchgeführt, deren Taupunkt bei
Strangpressen, hergestellte Umhüllung wird durch io etwa 21° C liegt.
starkes Erhitzen erhärtet und formfest, während das Die Linie D in F i g. 1 zeigt die gleiche günstige
bituminöse Bindemittel danach als Kohlenstoff vor- Wirkung bei steigendem Titangehalt, wenn der Rest
liegt. des Gemisches aus Graphit mit 20 % Pechbinder be-
Ein besonders bevorzugtes, die Umhüllung bilden- steht. Der Versuch wird unter den gleichen Bedin-
des Gemisch besteht zu 15 bis 60 Gewichtsprozent 15 gungen wie bei C ausgeführt.
aus einem oder mehreren der Metalle Silizium, Titan, An Hand des Diagramms in F i g. 2 soll die gün-
Zirkon, Chrom und Aluminium, zu 85 bis 40 Ge- stige Wirkung des Zusetzens von Boroxyd (B2O3) ge-
wichtsprozent aus Kohlenstoff, wobei in diesem Pro- zeigt werden. Die Versuche, deren Ergebnisse durch
zentsatz das bituminöse Bindemittel enthalten ist, die Linien I und I' dargestellt sind, werden in Luft
und gegebenenfalls zu 10 bis 20 Gewichtsprozent aus 20 durchgeführt. Luft stellt eine wesentlich reaktivere
Boroxyd. Atmosphäre dar, als sie im allgemeinen in einem Me-
AIs zweckmäßig hat sich herausgestellt, wenn der tallerhitzungsofen auftritt, wo mit der erfindungsge-
Anteil des ursprünglich zugegebenen Bindemittels mäßen Tragteilumhüllung gearbeitet wird. Die Li-
bei 20 % des aus dem Kohlenstoff, dem Bindemittel nie I zeigt den Verlauf des Gewichtsschwundes der
und dem Metall in der ursprünglichen Mischung be- 25 Umhüllung über dem zunehmenden Anteil einer SiIi-
stehenden Gesamtgewichtes liegt. zium-Magnesiumlegierung (52% Silizium, 31 °/o Ma-
Die Metalle Silizium, Titan, Zirkon, Chrom und gnesium), wobei der Rest der Mischung aus Graphit
Aluminium können mit Kalzium oder Magnesium Ie- besteht und 20 % eines Pechbinders umfaßt. Der
giert oder gemischt sein. Versuch dauert 4 Stunden bei 980° C in Luft.
Als sehr günstig hat es sich herausgestellt, wenn 30 Werden dem Gemisch 5 Gewichtsprozent B2O3
der im Gemisch vorhandene Anteil an Boroxyd klei- zugesetzt, so erhält man die durch die Linie Γ darge-
ner ist als der Anteil des im Gemisch vorhandenen stellten Versuchsergebnisse, aus denen man die
Metalls. merkliche Verbesserung des Oxydationswiderstandes
An Hand der Zeichnung wird die vorliegende Er- bei Zugabe von Boroxyd, abhängig vom Gewichtsan-
findung beispielsweise näher erläutert. 35 teil der Legierung im Gemisch, ersehen kann.
F i g. 1 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit Der durch den Punkt II dargestellte Gewichtsver-
des Gewichtsverlustes bzw. der Gewichtszunahme lust in F i g. 2 bezieht sich auf einen Probezylinder,
vom Gewichtsprozentsatz für verschiedene Metalle; der aus einem Gemisch, bestehend aus 25 % SiIi-
F i g. 2 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit zium, Rest Graphit einschließlich Pechbinder, herge-
des Gewichtsverlustes der Umhüllung von dem Ge- 40 stellt ist und 18 Stunden lang bei 980° C in einer At-
wichtsprozentanteil an Metall oder einer Metallegie- mosphäre geprüft wird, die 90 % Stickstoff und 10 %
rung, wenn Boroxyd oder kein Boroxyd zugesetzt Wasserstoff enthält und deren Taupunkt bei etwa
wird. 35° C liegt. Durch Zugeben von Boroxyd zu einer
Die in dem Diagramm von F i g. 1 eingetragene Li- derartigen Mischung in einem von 5 auf 20% stei-
nie^4 zeigt den abnehmenden Gewichtsverlust der 45 genden Anteil unter Beibehaltung von 25 % Silizium,
Umhüllung, d.h. den zunehmenden Oxydations- Rest Graphit mit Pech, wird der Gewichtsverlust
widerstand bei zunehmender Menge in Silizium, an- bzw. Oxydationswiderstand beachtlich verbessert,
gegeben in Gewichtsprozent, bezogen auf die Ge- wie es durch die eingetragene Linie II' gezteigt ist, die
samtmischung, wobei der Rest aus Kohlenstoff in sich aus Versuchen ergibt, bei denen Proben 69
Form von Graphit besteht, der durch einen Pechbin- 50 Stunden lang bei 980° C in einer aus 90% Stick-
der gebunden ist. Der Versuch wird 18 Stunden lang stoff und 10 % Wasserstoff bestehenden Atmosphäre
bei einer Temperatur von 980° C in einer zu 90% behandelt werden. Der Taupunkt beträgt etwa
aus Stickstoff und zu 10 % aus Wasserstoff bestehen- 15,5° C. Die Gewichtsprozentangabe bezieht sich
den Atmosphäre durchgeführt. Der Taupunkt liegt für die Linie II' auf den prozentualen Anteil des Bor-
bei etwa 34° C. 55 oxyds in diesen Proben. Es ist zu ersehen, daß die
Die Linie B zeigt den Verlauf des Oxydations- angestrebten Wirkungen durch einen Boroxydzusatz
Widerstandes für zunehmende Siliziummengen in der erreicht werden, der, bezogen auf das Gesamtgewicht
Mischung, wenn der Versuch bei der gleichen Tem- des Gemisches, zwischen 35 Gewichtsprozent und
peratur genauso lange in einer Atmosphäre durchge- vorzugsweise zwischen 10 und 20 Gewichtsprozent
führt wird, die aus folgenden Volumprozent-Anteilen 60 liegt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Kohlenstoffhaltige Umhüllung für Tragteile, vorzugsweise Walzen, zum Tragen und Fördern
eines Werkstückes in einer im Betrieb Gase mit freiem Sauerstoff enthaltenden Umgebung von
hoher Temperatur, die durch Brennen eines ein bituminöses Bindemittel enthaltenden Gemisches
erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gemisch zu 5 bis 80 Gewichtsprozent
aus einem oder mehreren der Metalle Silizium, Titan, Zirkon, Chrom und Aluminium, zu 20 bis
95 Gewichtsprozent aus Kohlenstoff, wobei in diesem Prozentsatz. das bituminöse Bindemittel
enthalten ist, und gegebenenfalls zu 5 bis 40 Gewichtsprozent ausBoroxyd besteht.
2. Kohlenstoffhaltige Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die
Umhüllung bildende Gemisch zu 15 bis 60 Gewichtsprozent aus einem oder mehreren der Metalle
Silizium, Titan, Zirkon, Chrom und Aluminium, zu 85 bis 40 Gewichtsprozent aus Kohlenstoff,
wobei in diesem Prozentsatz das bituminöse Bindemittel enthalten ist, und gegebenenfalls zu
10 bis 20 Gewichtsprozent aus Boroxyd besteht.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| US841927A US3037756A (en) | 1959-09-22 | 1959-09-22 | Composite carbonaceous member for furnace conveyor units or the like |
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